鋼結(jié)構(gòu)中ALC板抗裂性能研究綜述

吳海濤 張向北 劉春峰 宋 岳

(1.中國二十二冶集團(tuán)有限公司，河北 唐山 063000；2.河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院，天津 300400)

隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，能源的消耗量隨著發(fā)展的深入而不斷增加，節(jié)能等問題已經(jīng)成為人類住宅類問題中的關(guān)鍵性問題[1]。蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土墻板也叫做ALC板，具有質(zhì)量較輕、強(qiáng)度較高、保溫隔熱、隔音、耐火、耐久、抗凍、抗?jié)B、軟化系數(shù)高和綠色環(huán)保等特點。

我國最早在20世紀(jì)60年代就開始對ALC板的保溫性能、抗震性能以及施工工藝[2-7]等方面進(jìn)行了一系列試驗探究并對其相關(guān)理論進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄?，但依舊缺乏對鋼結(jié)構(gòu)中ALC板的抗裂性能進(jìn)行研究，目前解決此問題已經(jīng)迫在眉睫。

1 ALC板的抗裂研究

目前，隨著裝配式建筑的發(fā)展，ALC板被廣泛應(yīng)用，然而由于結(jié)構(gòu)與墻板變形能力差異大的問題，鋼結(jié)構(gòu)中墻板容易發(fā)生開裂等問題。因此，需要分析在正常使用荷載狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的水平位移大小，結(jié)合相關(guān)實驗研究，分析開裂可能性，采取相關(guān)構(gòu)造措施，降低墻體開裂概率，降低圍護(hù)的成本，增強(qiáng)整體建筑質(zhì)量。

楊培東[8]調(diào)查了ALC墻板填充墻裂縫的一些情況，通過對比結(jié)果以及裂縫開展情況進(jìn)行綜合分析，并在ALC墻板填充墻裂縫形成原因和試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上綜合給出抗裂措施，試驗結(jié)果表明：墻板齡期，濕度和含水率以及施工質(zhì)量對墻板開裂影響較大。對于墻板產(chǎn)生的裂縫，本文還研究了抗裂的關(guān)鍵技術(shù)，并給出了避免ALC墻板抗裂的關(guān)鍵施工方法。

王乾坤[9]提出復(fù)合墻板的接縫位置是影響墻體各個性能的關(guān)鍵位置。在充分了解鋼結(jié)構(gòu)以及符合墻板特性之后，綜合復(fù)合墻板的設(shè)計要求及施工要求之后，介紹了現(xiàn)存的接縫處理手段，且給出了一種新的接縫方式，通過對其進(jìn)行試驗分析，包括傳熱性能、氣密性、水密性等，促進(jìn)了接縫處理技術(shù)的發(fā)展。

馬廷亮[10]突出說明ALC輕質(zhì)隔墻板具有諸多優(yōu)點，是一種綠色建材；但是在進(jìn)行ALC板材施工后在其拼縫處易產(chǎn)生裂縫，不利于后期的精裝修等作業(yè)，考慮在進(jìn)行ALC板材安裝時采取時間間隔、優(yōu)質(zhì)板材等方法降低裂縫的產(chǎn)生。

另外，其他文獻(xiàn)研究了墻板及墻體的變形規(guī)律，以及齡期、溫度、濕度、養(yǎng)護(hù)等因素對墻板及墻體的變形影響，對于后期解決ALC板的裂縫問題起到了至關(guān)重要的作用！

2 ALC板的施工工藝

隨著裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)的不斷進(jìn)步，人們越來越熱衷于對ALC板施工工藝的研究，比如節(jié)點構(gòu)造、ALC板安裝方法、板間縫隙的防裂措施等都是ALC板施工工藝的要求范疇。

YiqingPeng[11]通過對ALC板墻體安裝質(zhì)量控制、ALC板墻體安裝防裂控制、ALC板墻體加固措施等的研究，提出了ALC墻體安裝工藝和ALC板質(zhì)量控制要點，并對ALC板墻體開裂原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：首先，ALC面板的安裝過程很重要，應(yīng)遵循選擇面板墻材料→根據(jù)建筑施工圖制作具體安裝設(shè)計圖→確定面板墻的具體位置→清洗墻壁并鉆孔→安裝面板墻→面板墻位置的校正與固定→修補(bǔ)→防腐→面板墻縫隙的美化→檢驗驗收的安裝順序。其次應(yīng)嚴(yán)格控制ALC板的入口質(zhì)量和存放條件，可以將其放置在架空鋼管支架上，而不是直接放置在地面上，最后，對于縫隙處理，需要將水泥砂漿等材料壓實并緊密嵌入，避免出現(xiàn)小縫隙。填縫后，需靜置等待，并留出足夠的干燥收縮時間，供填料進(jìn)行二次檢查。在所有工序完成后，為了使墻面外觀美觀，可以使用修補(bǔ)粉進(jìn)行小面積美化。所有工序完成后，可使用修補(bǔ)粉進(jìn)行小面積美化，使墻面外觀美觀。

金勇、程才淵[12]通過對工程中常用的4種連接節(jié)點，即鉤頭螺栓、鋼管錨、直角和斜柄進(jìn)行實驗研究，研究了不同結(jié)點的連接性能，對節(jié)點的承載力進(jìn)行了計算，并得出影響節(jié)點承載力及性能的諸多因素。實驗表明，連接節(jié)點不同則其破壞形式也不同，但隨著板厚增加，節(jié)點的極限承載力也會不斷增加；因此合適的鋼筋保護(hù)層厚度、較好的鋼筋網(wǎng)質(zhì)量，能夠大大的提升節(jié)點的極限承載力。

賈賡，張建[13]改進(jìn)了鉤頭螺栓固定方式，主要是通過圖集中鉤頭螺栓的細(xì)部做法，再結(jié)合上下安裝通常角鋼的方式，解決了斜墻進(jìn)行加固安裝的難題。這種加固安裝的方式，解決了斜墻加固安裝的不穩(wěn)定等問題，大大提高了安全性，抗震能力進(jìn)一步提高。這種方式使得施工更加簡便，降低了施工成本，大大提高了施工效率。

郝英華[14]通過實際中的工程項目，給出了具體的隔板施工流程和技術(shù)，從墻板進(jìn)場開始，施工以及細(xì)部結(jié)點的處理、工程質(zhì)量、保護(hù)成品措施等。

3 ALC板的抗震性能研究

楊添[15]總結(jié)了各種新型節(jié)點與工程中使用的連接節(jié)點的優(yōu)點與缺點，設(shè)計一種裝配式鋼結(jié)構(gòu)與ALC外掛墻板新型十字型連接節(jié)點。結(jié)果表明該新型節(jié)點能夠保證良好的承載能力，可以保證鋼結(jié)構(gòu)體系的安全可靠、構(gòu)件正常工作，同時盡量達(dá)到施工工藝的簡化和經(jīng)濟(jì)合理性并對新型十字型連接節(jié)點進(jìn)行了理論計算、試驗研究和數(shù)值分析。

張馳坤[16]根據(jù)ALC板與鋼框架的連接中使用的傳統(tǒng)L型鉤頭螺栓連接件還存在諸多不足，提出了兩種新型外掛ALC墻板的柔性連接件，并對包括新型連接件在內(nèi)的三組ALC連接件的鋼框架-ALC墻板進(jìn)行足尺的低周往復(fù)荷載試驗。結(jié)果表明：新型外掛ALC板的柔性連接件和傳統(tǒng)的L型鉤頭螺栓均符合抗震設(shè)計，在1/50層間位移角時均正常工作，新連接即使在更大的1/30層間位移角時(105mm)，新連接件仍可正常工作。

雷晴[17]探究了ALC板填充墻組成的框架及其抗震性能的影響，因此采用大型模擬軟件ABAQUS分別對非開洞ALC板填充墻、開洞ALC板填充墻的框架進(jìn)行模擬，得出結(jié)果：1)軸壓比會對抗震性能造成一定的影響，即柱軸壓比在0.2～0.4之間時，能夠加強(qiáng)填充墻的抗震能力，與此同時ALC板較為容易破壞開裂；2)填充墻不能太窄或者太寬，應(yīng)當(dāng)適中布置，否則會使框架的水平承載力變?nèi)?，并且會對框架的剛度等性能造成一定的影響?/p>

杜月[18]利用Abaqus進(jìn)行了深入的研究，通過已有試驗對比，分別建立了配筋率模型，軸壓比模型，帶洞口模型等一系列模型，并進(jìn)行擬靜力模擬，而后建立了簡化的整樓計算模型，對純鋼框架和填充墻框架體系進(jìn)行了時程分析，結(jié)果表明：墻體的存在有效的限制了結(jié)構(gòu)的側(cè)移，但結(jié)構(gòu)會較早發(fā)生破壞，設(shè)計中不應(yīng)忽略墻體的剛度還原。

4 ALC板的裂縫問題及解決措施

4.1 ALC板材安裝方式抗裂

首先，對于墻板，無論采用縱向垂直安裝法還是橫向垂直安裝法，都需要嚴(yán)格按照建筑設(shè)計圖紙來進(jìn)行。

其次，節(jié)點的處理尤為重要，關(guān)鍵部位也一樣。1)關(guān)鍵的門窗洞口等，需要用到一些相對型號的L型鋼進(jìn)行處理，再者，具體情況具體應(yīng)用，因為每個門洞口的寬度不同，因此洞口上面的國梁一般采用鋼筋貫穿法進(jìn)行固定；2)管線的預(yù)埋。用專業(yè)工具或者機(jī)器進(jìn)行墻面的開槽，再根據(jù)具體需要的開槽尺寸，選擇可能用到的專業(yè)器具，如鑿子。將管線安裝完畢后，進(jìn)行固定防止管線脫槽，最后用混凝土進(jìn)行補(bǔ)平找平。后期墻體的開洞是一個較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯栴}，開洞會影響墻的承載能力等問題，因此墻體的寬度以及開洞尺寸都需要進(jìn)行實際的測量，為了防止洞口持續(xù)性的擴(kuò)大，需要再洞口上邊加裝一些鋼，防止擴(kuò)大的同時也可以防止磨損，深入墻體的深度也需要進(jìn)一步探討。

4.2 ALC板材結(jié)點連接形式抗裂

近年來，伴隨著國內(nèi)外裝配式建筑普及性，誕生了越來越多的高性能連接節(jié)點，一個好的結(jié)點連接形式能夠在抵抗水平荷載抗震的同時，能夠做到較好的抗裂效果。

目前國內(nèi)墻板節(jié)點越來越多，伴隨著性能也越來越好。墻板在用到一些剛性節(jié)點時，因其變形能力較差，沒有辦法做到與主題結(jié)構(gòu)的協(xié)同性，因此在較小的位移或者力的作用下，會使墻體發(fā)生破壞導(dǎo)致墻體出現(xiàn)裂痕，比如U形卡和管卡節(jié)點都會產(chǎn)生這樣的后果；柔性節(jié)點的變形能力較好，在受力時能夠較好的與主體進(jìn)行協(xié)同，具有墻板受力時不容易受到破壞的優(yōu)勢，如鉤頭螺栓節(jié)點、滑動螺栓節(jié)點等，所以目前結(jié)點發(fā)展主要朝著剛?cè)岵⑦M(jìn)的方向發(fā)展，在保證節(jié)點強(qiáng)度的基礎(chǔ)上確保墻體在平面外穩(wěn)定性、安全性的同時，能夠使墻體在平面內(nèi)發(fā)生較好的位移和轉(zhuǎn)動，使墻體在受力時不至于立刻被破壞。

4.3 ALC板材接縫處抗裂

目前的研究中，ALC板裂縫出現(xiàn)較為突出的是墻板與墻板、墻板與結(jié)構(gòu)接縫處的開裂，接縫開裂的控制已成為ALC墻板應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，因此很多學(xué)者都致力于開始研究板縫之間、板柱之間、梁板之間的嵌縫構(gòu)造。研究表明ALC墻板板填充墻屬于非受力構(gòu)件，其只承受自身荷載，因此墻板產(chǎn)生的裂縫不是因為受力產(chǎn)生的。當(dāng)出現(xiàn)溫度變化、濕度變化、體積變化、沉降等非荷載的因素時，而墻體自身抗變形能力不足以抵抗外界造成的極限變形時，ALC墻板板填充墻就會發(fā)生開裂等現(xiàn)象。

研究者認(rèn)為，嵌縫材料不僅在力的傳遞方面要具有足夠強(qiáng)度，也一定要做到具有足夠的變形性能，從而提升材料的變形性能，在裂縫產(chǎn)生時，材料會釋放一定的應(yīng)力，嵌縫材料的彈性延伸率和抗拉粘結(jié)力必須將墻板與墻板、墻板與主體之間粘結(jié)牢固，連成整體，才能保證整體及嵌縫位置不出現(xiàn)裂縫[19-21]。

5 結(jié)語

筆者從不同方面提出了ALC墻板墻體防裂關(guān)鍵技術(shù)措施，但仍不夠全面和系統(tǒng)，因此對今后的研究提出以下建議：

1)閱讀文獻(xiàn)，吸收知識，加強(qiáng)對ALC板抗裂方向的理解。ALC板抗裂并非一朝一夕能夠解決的，需要相關(guān)研究人員不斷的努力，不斷的探索，增強(qiáng)方向感才能把握住正確的研究方向，早日實現(xiàn)ALC板無裂縫的發(fā)展?fàn)顟B(tài)；2)親自調(diào)研，不斷探索，才能得出更準(zhǔn)確的結(jié)論。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行，科研人員需要親力親為、親自搞好調(diào)研才能為ALC板抗裂提供解決的方向；3)加強(qiáng)實驗研究。試驗是創(chuàng)新的基石，改好創(chuàng)新必須做好試驗，科研人員應(yīng)該增強(qiáng)實踐次數(shù)，實踐出真知，盡可能多想試驗方案，多做嘗試，有實驗有數(shù)據(jù)，才能真正做到胸有成竹；4)多做試點。多聯(lián)系一些建筑單位，起草實施建筑方案進(jìn)行試點，對控制措施的效果進(jìn)行驗證與反饋，只有經(jīng)過不斷的驗證不斷的反饋。才能使ALC板抗裂技術(shù)及發(fā)展呈螺旋式上升。